Сжатый воздух - воздушная масса, которая содержится в какой-либо емкости, при этом ее давление превышает атмосферное. Его используют в промышленности в разнообразных производственных операциях. Типичная система сжатого воздуха - это установка, работающая при давлении до десяти бар. В таких случаях воздушную массу сжимают в десять раз от ее первоначального объема.
Общая информация
При давлении в семь бар сжатый воздух практически безопасен при эксплуатации. Он способен обеспечить достаточную движущую силу инструмента не хуже, чем электрическая подача. При этом требуется меньшее количество затрат. Кроме того, такая система характеризуется более быстрым срабатыванием, что в конечном результате может сделать ее гораздо удобнее. Однако для этого потребуется учитывать параметры, приведенные ниже.
Применение сжатого воздуха
Довольно часто производственники используют этот вид энергии для быстрой и эффективной очистки оборудования от загрязнений и пыли. Кроме того, сжатый воздух широко применяют для продувки труб в котельных. В его используют для очистки помещений, оборудования и даже одежды от древесной пыли. В большинстве стран уже появились стандарты по применению этого вида энергии, например, в Европе это CUVA, а в США - OSHA. Кроме использования его в производственных операциях, широко распространены инструменты, которые работают непосредственно на воздушном ходу, - это шуруповерты, пневматические дрели, гайковерты, (при монтаже оборудования и строительстве), пульверизаторы (при проведении капитальных ремонтов). Помимо этого, сейчас широко используется сжатый воздух в баллончиках в пневматическом оружии.
Безопасность
Используя сжатый воздух, необходимо соблюдать меры безопасности, приведенные ниже.
- Запрещается направлять струю в рот, глаза, нос, уши и другие места.
- Нельзя обрабатывать сжатым воздухом открытые раны, т. к. под кожей могут образоваться пузырьки, если они дойдут до сердца, то приведут к сердечному приступу, а если до мозга, то могут спровоцировать Кроме того, попадая в рану, воздух может занести в нее инфекцию, которая находится в компрессорной системе или в трубах.
- Запрещено баловаться и направлять струю сжатого воздуха на других людей.
- Не следует накачивать давление в компрессорную систему сверх нормы.
- Все элементы пневматической установки должны тщательно закрепляться во избежание отрывов и, как следствие, травм.
- Запрещено проводить очистку оборудования от пыли и грязи в присутствии источника открытого огня и сварочных работ. Это может спровоцировать взрыв из-за наличия пыли во взвешенном состоянии.
- Работая с системами сжатого воздуха, необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты, например, очками или маской.
- Запрещено осуществлять затяжку муфт, в узлах или на трубах под давлением.
- При монтаже пневматической системы шланги следует крепить в местах с наименьшим риском повреждения (на потолках, стенах).
Преимущества сжатого воздуха
Теперь рассмотрим, в чем заключаются преимущества применения этого вида энергии на производственных линиях.
Сети сжатого воздуха
Для оптимальной работы и высокой экономичности установки необходимо выполнение следующих требований. В пневматической системе следует минимизировать потери, кроме того, воздух должен приходить к потребителям осушенным и чистым, это достигается путем установки специального осушителя, позволяющего конденсировать влагу. Также особое внимание необходимо уделять магистральным трубопроводам. Грамотная установка воздухопроводов - это залог долговечности функционирования, а также снижения расходов на обслуживание. За счет увеличения уровня давления в компрессоре можно компенсировать падение в трубопроводе.
Расчет потребления сжатого воздуха
Всегда включают в себя так называемые ресиверы (воздухосборники). В зависимости от производительности и мощности оборудования система может содержать несколько ресиверов. Их основное назначение - это сглаживание пульсаций давления, кроме того, внутри воздухосборника происходит охлаждение газовой массы, и это приводит к выпадению конденсата. Расчет сжатого воздуха заключается в определении потребления ресивера. Производится это по следующей формуле:
- V = (0.25 х Q c х p 1 х T 0)/(f max х (p u -p l) х T l), где:
- V - объем воздушного ресивера;
- Q c - производительность компрессора;
- p 1 - давление на выходе установки;
- T l - максимальная температура;
- T 0 - температура сжатого воздуха в ресивере;
- (p u -p l) - заданная разность давления нагрузки и разгрузки;
- f max - максимальная частота.
Казалось бы, в газовой индустрии нет ничего проще сжатого воздуха. Даже чтобы дать ему определение, не нужно напрягаться, вспоминая студенческие годы. Очевидно: это просто воздух, находящийся в условиях повышенного давления.
Однако каждый ли сможет в двух словах ответить, для чего нужен сжатый воздух?
Разумеется, областей применения можно назвать множество. И это неудивительно, ведь работа сжатого воздуха встречается практически повсюду, достаточно увидеть на улице отбойный молоток. Да и статистика утверждает, что в странах Европы около 10 % электроэнергии расходуется промышленностью на производство сжатого воздуха. Это соответствует 80 тераватт-часов в год. Таковы, во всяком случае, данные «Википедии».
Все это верно. Но это все же не ответ на вопрос «для чего?».
Между тем он, такой простой ответ, существует. Сжатый воздух в огромном количестве случаев служит человечеству для того, чтобы передавать механическую энергию. А еще, чтобы служить ее хранилищем. Ведь запасти, допустим, электричество не так-то просто. А механическую энергию сохранить относительно нетрудно. Достаточно лишь хорошенько заполнить газовый баллон.
Таким образом, выражаясь словами все той же «Википедии»: «По своей роли в экономике сжатый воздух находится в одном ряду с электроэнергией, природным газом и водой. Но единица энергии, запасенная в сжатом воздухе, стоит дороже, чем энергия, запасенная в любом из трех указанных ресурсов».
Примеров такого «энерго-механического» применения очень и очень много. Так, сжатый воздух используется для работы любого пневмопривода (т.е. все в том же отбойном молотке). Также он необходим для различных транспортных систем: и тех, что движутся сами, и для механизмов, перемещающих при помощи воздуха, скажем, сыпучие грузы.
Можно назвать и гораздо более экзотические примеры использования сжатого воздуха. Так, он применяется для морских и речных сейсмических исследований: в качестве средства разведки полезных ископаемых. Для этого необходим пневмоизлучатель, то есть генератор колебаний, создаваемых за счет его энергии. Спектр излучаемого сигнала зависит, в частности, от режима истечения сжатого воздуха. А по характеру волн, отраженных или преломленных земной корой, судят о ее геологических свойствах.
Казалось бы, совершенно новая область! Но если вдуматься, то же самое – передача энергии, просто в другой среде.
Существуют, тем не менее, и другие области применения сжатого воздуха. Самый очевидный из них – использование для дыхания. Например, он абсолютно необходим при дайвинге, то есть подводном плавании с аквалангом.
Важный вопрос, о котором обязательно стоит поговорить в связи со сжатым воздухом, – это его качество.
Если вдуматься, вопрос абсолютно логичный. Люди заботятся о качестве того воздуха, которым им приходится дышать. Вполне естественно предположить, что машинам и механизмам чистый воздух тоже «нравится» больше.
Между тем загрязнители в сжатый воздух, естественно, попадают. Во-первых, далеко не всегда у компрессоров, которые его «делают», есть система подготовки на входе. Соответственно, «в сырье» содержатся влага и механические примеси: пыль, различные частицы и т.д.
Мало того, компрессор, как правило, тоже не стерилен. Во многих таких агрегатах в больших количествах присутствует, например, масло. Соответственно, его частицы тоже попадают в сжатый воздух.
Это далеко не всегда безобидный процесс. Влага, содержащаяся в сжатом воздухе, способна серьезно вредить тем механизмам, в которых он затем используется. Самый простой пример такого процесса – это обычная коррозия.
То же относится и к механическим частицам. Попадая в трущиеся части механизмов, они сильно увеличивают их износ и ухудшают эксплуатационные характеристики.
Да и масло, проникшее в сжатый воздух, не несет в себе ничего хорошего. Бытующее мнение, что благодаря этому механизмы нужно меньше смазывать, по словам многих специалистов, ошибочно. Так как данное масло зачастую подвергается воздействию высоких температур и других неблагоприятных факторов, в нем появляются продукты разложения. Так что рассматривать его как смазочное вещество уже нельзя.
К тому же масло взаимодействует с влагой, попадающей из того же сжатого воздуха. В итоге оно само начинает способствовать коррозии. Мало того, образуются твердые осадки, вредные для любого механизма.
Словом, низкое качество (недостаточная чистота) сжатого воздуха способно повысить износ агрегатов, где он используется, и потребовать более частых его остановок для прочистки. В итоге все это серьезно увеличивает эксплуатационные издержки использующего его предприятия.
Именно требованиями к чистоте получаемого сжатого воздуха во многих случаях определяется выбор компрессора, который используется для его изготовления. Однако есть и другие факторы, влияющие на этот процесс. Важно, в каких условиях и в какой отрасли будет работать компрессор.
Существует великое множество видов различных компрессоров.
Разобрать все их в рамках одной статьи почти невозможно. Поэтому мы остановимся лишь на основных.
Наиболее интуитивно понятную схему представляет собой поршневой компрессор. Вращающийся двигатель (например, электрический), благодаря стандартной системе механизмов (скажем, через шатуны), генерирует возвратно-поступательное движение поршней. По существу, это «двигатель внутреннего сгорания наоборот». В цилиндрах воздух сжимается, а затем «изымается» через специальные клапаны.
Поршневые компрессоры бывают как стационарными, так и передвижными. Сфера их применения огромна. Так, они часто используются на пневмонагнетателях в процессе приготовления и подачи цементно-песчаных растворов и бетона. А в целом подобные агрегаты, как правило, предназначены для получения сжатого воздуха для технических нужд в различных отраслях хозяйственной деятельности.
Однако такие компрессоры малопригодны для работ при производстве газа (в частности, для получения азота и кислорода). Во-первых, они не очень подходят для длительной, а тем более непрерывной работы. Во-вторых, их износостойкость также, что называется, оставляет желать лучшего. И в-третьих, они вынуждены использовать очень много масла. Следствием становится низкое качество получаемого сжатого воздуха.
Поэтому для работы в составе кислородных и азотных линий часто выбирают так называемые винтовые компрессоры. В подобных устройствах воздух попадает в камеру сжатия, объем которой при вращении роторов постепенно уменьшается.
Такие агрегаты также различаются в зависимости от использования в них масла.
Маслозаполненный винтовой компрессор имеет довольно высокий КПД и эксплуатационные характеристики. Но поскольку проблема загрязнения продукции маслом в них остается, нередко они оснащаются дополнительными устройствами, обеспечивающими на выходе нужную чистоту. Для этого используются фильтры сжатого воздуха, рефрижераторы (обычно они используются для осушения, но некоторые устройства вместе с влагой удаляют и часть масла) и даже угольные адсорберы. По мнению некоторых специалистов, этого достаточно для решения довольно широкого круга задач.
В воздухе, вырабатываемом безмасляным винтовым компрессором, масло отсутствует. Поэтому в некоторых областях такое решение находит достойное применение. Однако за это приходится платить. Безмасляные компрессоры значительно сложнее и приблизительно вдвое дороже. К тому же они гораздо менее неприхотливы.
Существует и множество других видов компрессоров. Например, мембранные – это компрессоры, предназначенные для сжатия различных сухих газов без загрязнения их маслом и продуктами износа трущихся частей. Такие агрегаты применяются там, где имеются особые требования к чистоте продукции: например, в научных исследованиях, но также и на некоторых предприятиях.
Отдельно необходимо сказать несколько слов о передвижных компрессорах.
Они применяются в невероятно широком спектре отраслей. Помимо уже упомянутых пневмонагнетателей и пневмоинструментов, они необходимы, например, для установок бестраншейной прокладки кабелей и трубопроводов, а также иных строительных устройств и механизмов.
Другим интересным примером являются передвижные компрессорные станции, используемые на аэродромах. Там они нужны для заправки сжатым воздухом систем самолетов. Аналогичные компрессоры, кстати, применяются для других специальных целей: очистки трубопроводов, заправки баллонов дыхательных аппаратов в пожарных частях, наполнения сжатым воздухом кабелей связи и т.д.
Словом, сжатый воздух совсем не так прост, как кажется. И выбор технологий часто определяется именно тем, каким он должен получиться.
До сих пор мы рассматривали применение сжатого воздуха для совершения механической работы, получения и переработки информации.
В металлургии сжатый воздух выполняет свою самую древнюю функцию участвует в технологических процессах в качестве реагента, содержащегокислород. Главная функция сжатого воздуха в металлургии - дутье, т.е. подача сжатого воздуха в самые различные производственные агрегаты - домны, мартены, конвертеры. Дутье является необходимым фактором технологических процессов в этих агрегатах, так как без воздуха, а точнее без кислорода, нет горения.
Первый из этих процессов - обогащение руды, т.е. повышение содержания железа или другого металла и понижение содержания вредных примесей. Один из способов обогащения - флотация. Ее осуществляют в специальных ваннах, куда подают тонко измельченную руду вместе с водой - пульпу. Через эту пульпу продувают сжатый воздух. Пенная флотация основана на том, что одни минералы не смачиваются водой, прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются, а другие минералы смачиваются водой и остаются в пульпе. В результате частицы металла всплывают на поверхность, а пустая порода оседает на дне ванны.
В пневматических флотационных машинах сжатый воздух подается по трубам под небольшим давлением. Флотацию широко используют для обогащения руд цветных металлов, где содержание основного компонента низкое. В железных рудах содержание основного компонента гораздо выше, но и их приходится обогащать. В черной металлургии флотацию применяют для обогащения марганцевых руд и железорудных концентратов, содержащих 70-72 % железа.
Следующий металлургический процесс - агломерация т.е. окомкование мелких и пылеватых руд. Для этого пылеватую руду спекают на агломерационной машине. Агломерационная машина представляет собой металлический конвейер, каждое звено которого выполнено в виде решетки. На этот конвейер из бункера подают увлажненную мелкую руду, смешанную с небольшим количеством топлива - кокса. Конвейер проходит над мощными вентиляторами, которые просасывают воздух сквозь слой смеси руды с коксом. Кокс начинает гореть, руда разогревается до высокой температуры и из мелкой превращается в прочную пористую массу - агломерат. Домна, в которой используют агломерат, дает больше чугуна, чем домна без его применения.
Железо в руде находится в форме окислов. Целью доменного процесса является освобождение железа от связанного с ним кислорода - восстановление. Загрузочный аппарат засыпает в доменную печь в определенной пропорции рудные материалы, топливо (кокс) и флюсы. Загружают отдельные виды сырья слоями, чтобы увеличить поверхность их соприкосновения, на которой происходят химические реакции.
В нижнюю часть домны, в ее горн, через специальные отверстия - фурмы вдувают горячий воздух. Кислород, содержащийся в воздухе, взаимодействует с углеродом кокса, в результате чего образуется углекислый газ СО 2 . Он поднимается выше, проходит через кокс, вступает с ним в реакцию, продуктом которой является окись углерода СО. Поднимаясь выше, она отнимает у окислов железа содержащихся в руде, кислород и связывает его. Освободившееся железо вступает во взаимодействие с углеродом образуется сплав - чугун.
Для подачи дутья чаще всего используют центробежные воздуходувные машины с приводом от паровой турбины. На одну тонну чугуна расходуют 2500 - 3500 м воздуха, т.е. производительность воздуходувной машины составляет до 8000 м 3 /мин. Такое количество холодного воздуха охлаждало бы доменную печь и увеличивало бы расход топлива, поэтому перед подачей в домну воздух предварительно нагревают до 1100 - 1300 °С в воздухонагревателях - кауперах. Их располагают рядом с доменной печью.
Кауперы представляют собой закрытые металлическим кожухом башни высотой до 50 м и диаметром до 9 м. Внутри они разделены на две части: камеру сгорания и часть, заполненную насадкой из огнеупорного материала. В камере сгорания сжигают топливо. Продукты сгорания, проходя через насадку, отдают ей свое тепло и раскаляют ее. Когда насадка нагревается до высокой температуры, подачу топлива прекращают. После этого мощными воздуходувными машинами нагнетают в воздухонагреватель холодный воздух. Проходя через раскаленную насадку, воздух нагревается, и его направляют к кольцевому воздухопроводу, опоясывающему домну - фурменному поясу. Отсюда через фурмы воздух под давлением 0,35 - 0,4 МПа равномерно вдувается в домну.
Для нагрева насадки требуется определенное время. Поэтому для бесперебойного снабжения домны горячим дутьем возле нее устанавливают несколько воздухонагревателей. Одни из них нагреваются, а другие нагревают воздух. Заметим, что в воздухе содержится 1/5 кислорода и 4/5 азота, причем азот ни в каких химических реакциях не участвует, однако на его нагрев тратится тепло. Гораздо выгоднее осуществлять дутье в доменном процессе воздухом, обогащенным кислородом, или чистым кислородом.
Применение кислородного дутья упрощает доменный процесс, позволяет уменьшить его расход на единицу топлива. Это дает возможность уменьшить размеры и мощность воздуходувных установок, воздухонагревателей и трубопроводов, высоту доменных печей.
На целесообразность обогащения дутья кислородом указывал еще Д.И. Менделеев. Однако практическая реализация кислородного дутья стала возможной лишь в 30 - 40-х годах XX в., когда были созданы достаточно мощные машины для разделения воздуха на кислород и азот в больших количествах. Заслуга создания отечественной кислородной промышленности принадлежит академику П.Л. Капице.
Не меньшую роль играет сжатый воздух при выплавке стали. Если процесс выплавки чугуна - восстановительный, то выплавка стали из чугуна и металлического лома - окислительный процесс. При выплавке стали удаляются примеси - углерод, кремний, марганец, которые окисляются. А для окисления нужен кислород.
Бессемером и Томасом был разработан быстрый и эффективный способ «варки» стали - конвертерный. Он заключается в том, что расплавленный жидкий чугун продувают сжатым воздухом, и содержащийся в нем кислород соединяется с углеродом, кремнием и марганцем.
Конвертер представляет собой стальной сосуд грушевидной формы, сужающийся кверху. Изнутри он выложен огнеупорным кирпичом. В днище конвертера имеются отверстия, через которые подают сжатый воздух под большим давлением. В конвертер заливают расплавленный чугун, а затем продувают его снизу сжатым воздухом. В результате углерод быстро выгорает, и сплав почти полностью обезуглероживается - образуется сталь. При соединении кислорода с кремнием и марганцем выделяется тепло. Это избавляет от необходимости тратить топливо в конвертерном процессе.
Д.И. Менделеев называл бессемеровские конвертеры печами без топлива. Однако конвертерный способ при использовании продувки чугуна сжатым воздухом имел и ряд недостатков. При продувке металл насыщался азотом, содержащимся в воздухе. Это повышало хрупкость стали и ее склонность к старению. Кислород воздуха не затрагивал вредные примеси - серу и фосфор. При бессемеровском способе можно было применять не всякий чугун, а только содержащий кремний и марганец, которые при окислении выделяют большое количество тепла. Поэтому железный лом конвертерным способом перерабатывать было нельзя, а можно было использовать только жидкий чугун. Гораздо рациональнее использовать для продувки в конвертерном процессе не сжатый воздух, а чистый кислород. Однако во времена Бессемера его еще не научились получать из воздуха в больших количествах.
По всем этим причинам конвертерный способ выплавки стали надолго уступил место мартеновскому способу, который позволяет перерабатывать не только чугун, но и железный лом.
Топливом для мартеновской печи служит мазут или смесь коксового газа, получаемого в коксовых батареях, и доменно-колосникового газа. И эта смесь, и воздух перед подачей в мартен нагреваются в регенераторах. Отличие регенератора от воздухонагревателя доменной печи заключается в том, что для нагрева воздуха в воздухонагревателе сжигается топливо, а в регенераторе используется тепло, выносимое из мартеновской печи раскаленными продуктами сгорания топлива, т.е. осуществляется регенерация тепла.
Регенератор представляет собой большую камеру, выполненную из огнеупорного материала и заполненную ячейками из огнеупорного кирпича - насадкой. У каждой мартеновской печи две пары регенераторов для нагрева газа и воздуха. Пока одна нагретая пара отдает тепло холодным газу и воздуху и постепенно остывает, насадка другой пары регенераторов, через которые пропускаются уходящие из мартеновской печи продукты сгорания, нагревается ими. Когда насадка нагревается до определенной температуры, происходит автоматическое переключение направления потоков газа и воздуха. Нагретые регенераторы начинают работать - отдавать тепло газу и воздуху, а остывшие останавливают на нагрев. Эти переключения производят через каждые 15 - 20 мин. Топливо подается в мартеновскую печь всегда с избытком воздуха, поэтому в ней всегда имеется окислительная среда. Уже в процессе загрузки чугуна и лома начинается окисление примесей.
Производительность мартенов составляет 100 т стали в час. Применение обогащенного кислородом воздуха и чистого кислорода интенсифицирует процесс выплавки стали в мартеновских печах так же, как и выплавки чугуна в домнах.
Однако прирост производства стали во всех странах в наше время происходит за счет строительства не мартеновских цехов, а кислородно-конвертерных. Кислородный конвертер устроен так же, как и бессемеровский. Отличие его от бессемеровского в том, что дно у него цельносварное, а кислород подается не снизу, а сверху, под высоким давлением (0,9 - 1,4 МПа). Корпус и днище кислородного конвертера облицованы огнеупорными материалами. Струя подаваемого кислорода внедряется в жидкий металл и вступает в реакцию с примесями чугуна. В течение первых 5-10 мин окисляются кремний и марганец. В результате реакции окисления выделяется тепло, и температура металла в конвертере поднимается до 1400 - 1450 °С После этого происходит быстрое окисление углерода - он выгорает. Кислород продолжают вдувать до тех пор, пока содержание углерода не снизится до 2%. При этом металл разогревается до 1600 °С Реакции окисления, проходящие в конвертере, дают столько тепла, что его становится достаточно не только для нагрева жидкого чугуна, но и для расплавления железного лома.
Кислородно-конвертерный способ по сравнению с мартеновским и электросталеплавильным имеет более высокую производительность - до 400 - 500 т в час. К тому же он свободен от недостатков бессемеровского процесса и годится для любых видов чугуна и железного лома.
Конвертерный способ применяется не только при выплавке стали, но и при выплавке меди в цветной металлургии.
Технологические цехи металлургического завода являются потребителями большого количества сжатого воздуха. Сжатый воздух используют для дутья в доменные печи, для работы пневматических машин и пневмоинструмента, для сжигания топлива в обжиговых, нагревательных и термических печах.
Расход сжатого воздуха в доменных цехах значительно превышает расход воздуха в каких-либо других производствах. Так, для получения 1т чугуна необходимо около 3000 м3 воздуха при нормальных условиях. Для дутья в доменные печи необходим воздух давлением 0,3-0,4 МПа, он вырабатывается на паровоздуходувных станциях ПВС, обычно совмещенных с ТЭЦ (ТЭЦ-ПВС).
Воздуходувные агрегаты, предназначенные для подачи воздуха в доменные печи, устанавливают на воздуходувных станциях.
Эти станции бывают разного исполнения:
паровоздуходувные (ПВС), включающие котлоагрегаты, паровые турбины и агрегаты доменного дутья;
комбинированные, паровоздуходувные и электрические (ПВС в составе ТЭЦ-ПВС), состоящие из агрегатов доменного дутья и паровых турбин;
ПВС или ТЭЦ-ПВС, имеющие в своем составе компрессоры доменного дутья с электроприводом;
воздуходувные станции, включающие только компрессоры воздушного дутья с электроприводом (ЭВС).
Воздуходувные станции оборудованы многоступенчатыми центробежными воздуходувными машинами. Количество ступеней определяется величиной требуемого давления. Основным элементом центробежных воздуходувных машин является рабочее колесо с лопатками, отбрасывающими воздух при вращении колеса за счет центробежных сил от центра к периферии, при этом воздуху сообщается энергия, повышающая его давление. Из-за значительного нагрева воздуха компрессоры снабжают водяным охлаждением.
Основной тип привода доменных воздуходувок - паровая турбина. Турбины, используемые для этих целей, работают на паре давлением 3,5 МПа или 9 МПа с температурой, соответственно, 435 0 С или 535 0 С. Иногда применяют приводы других типов. Перед подачей в доменную печь воздух после сжатия нагревают до температуры около 1000 0 С в доменных воздухонагревателях (кауперах).
Основной производитель центробежных компрессорных машин, используемых в качестве вохдуходувных агрегатов, Невский машиностроительный завод, г. Санкт-Петербург. Производительность выпускаемых этим предприятием машин от 2500 до 6900 м 3 /мин, давление воздуха 0,45-0,53 Мпа, привод – паровая конденсационная турбина мощностью 12-30МВт.
Для привода пневмомашин и пневмоинструмента используют воздух давлением 0,6-1,0 МПа. Сжатый воздух таких давлений получают централизованно на компрессорных станциях с помощью поршневых и центробежных компрессоров. Центробежные компрессоры предпочтительней, так как обеспечивают непрерывную подачу газа, надёжны и просты в обслуживании, не загрязняют сжатый воздух маслом. Поршневые компрессоры обеспечивают большую степень сжатия газа при одинаковых габаритах с центробежными компрессорами, но имеют меньшую производительность и менее надежны. В связи с этим современные компрессорные станции, как правило, оборудуют центробежными компрессорными машинами. Невский машиностроительный завод выпускает компрессоры производительностью от 345 до 3200 м 3 /мин, давление воздуха до 1,4 МПа.
Сжатый воздух к потребителям транспортируют с помощью развитой сети воздухопроводов, с воздуходувной и компрессорной станций раздельно. Воздухопроводы к доменной печи теплоизолированы, так как температура воздуха после сжатия повышается до 200 0 С. Эти воздухопроводы имеют диаметры, достигающие 2500 мм.
Для сжигания топлива в обжиговых, нагревательных и термических печах используют сжатый воздух давлением 0,003-0,01 МПа, подаваемый центробежными нагнетателями (вентиляторами), устанавливаемыми в непосредственной близости от потребителя.
Общее требование для сжатого воздуха - отсутствие механических примесей, влаги, паров масла. Очистка от механических примесей осуществляется с помощью фильтров, а от влаги и паров масла - путём охлаждения сжатого воздуха. Однако при этом не вся влага конденсируется, и её наличие в трубопроводах может привести к образованию зимой ледяных пробок.
Получение сжатого воздуха требует значительных затрат (так, стоимость доменного дутья - 30% стоимости чугуна).
В строительной, судостроительной, горной промышленностях и в других областях техники широко применяют пневматические инструменты, т. е. инструменты, приводимые в действие сжатым воздухом. На любом большом, заводе применяют пневматические молотки и сверла; в шахтах пользуются пневматическими отбойными молотками.
Каждый такой инструмент присоединяется резиновым шлангом к магистрали - трубе, в которую непрерывно накачивается воздух с центральной компрессорной станции. Простейшая схема нагнетательного насоса-компрессора показана на рис. 302. При вращении маховика поршень 1 движется в цилиндре вправо и влево. При движении поршня вправо сжатый воздух открывает клапан 2 и нагнетается в магистраль; при движении влево новая порция воздуха засасывается в цилиндр из атмосферы, причем клапан 2 закрывается, а клапан 3 открывается. На рис. 303 показано устройство манометра, применяемого для измерения давления сжатого воздуха или других газов. Полая металлическая трубка 1 овального сечения, изогнутая в виде кольца, подсоединяется открытым концом 2 к объему, давление в котором нужно измерить. Вблизи конца 2 трубка, жестко прикреплена к корпусу манометра. Закрытый конец 3 соединен с механизмом, приводящим в движение стрелку прибора. Чем больше давление газа, тем больше распрямляется трубка 1 и тем больше отклоняется стрелка. Обычно положение стрелки, соответствующее атмосферному давлению, отмечается нулем на шкале. Тогда манометр показывает, на сколько измеряемое давление превышает атмосферное: показания прибора дают так называемое «избыточное давление». Такие манометры употребляют, например, для измерения давления пара в паровых котлах.
Рис. 302. Схема компрессора
Рис. 303. Устройство манометра для больших давлений
Укажем еще несколько применений сжатого воздуха.
Воздушные (пневматические) тормоза широко применяют на железных дорогах, в трамвае, троллейбусах, метро, автомашинах. В пневматических тормозах на поездах тормозные колодки 1 прижимаются к бандажам колес сжатым воздухом, находящимся в резервуаре 2, расположенном под вагоном (рис. 304). Управление тормозами производится при помощи изменения давления воздуха в магистральной трубе, которая соединяет вагоны с главным резервуаром сжатого воздуха, находящимся на тепловозе и наполняемом компрессором. Управление устроено так, что при уменьшении давления в магистрали распределительный кран 3 соединяет резервуар 2 с тормозным цилиндром 4 и тем самым осуществляет торможение. Уменьшение давления в магистрали может осуществляться машинистом, который отъединяет магистраль от компрессора и соединяет ее с атмосферой. Тот же результат может быть достигнут, если открыть кран экстренного торможения в любом вагоне или случится обрыв магистрали.
Рис. 304. Схема устройства воздушного тормоза на поездах железной дороги
Сжатым воздухом пользуются в нефтяной промышленности при добыче нефти. В районе залежей нефти под землю накачивают сжатый воздух, вытесняющий на поверхность нефть. Иногда, вследствие каких-либо процессов, происходящих в нефтеносном слое, в подземных слоях накапливается сжатый газ. Если пробурить в земле скважину, доходящую до уровня нефти, газ будет вытеснять нефть на поверхность земли. Разность давлений подземного газа и атмосферы бывает настолько велика, что заставляет нефть, поднявшуюся по скважине, бить высоким фонтаном.
Рис. 305. Устройство для переливания дистиллированной воды
На том же принципе основан прибор, которым часто пользуются в лабораториях для переливания дистиллированной воды из сосуда. Если подуть в трубочку 1 прибора (рис. 305), то из трубки 2 будет выливаться вода. Так как сосуд все время закрыт пробкой, то жидкость может долгое время сохраняться, не загрязняясь.
Для освобождения от воды («продувки») балластных отсеков подводной лодки воду вытесняют сжатым воздухом, хранящимся на борту лодки в специальных баллонах.